基于组态软件的电梯监控系统设计论文戴徐辉.docx

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基于组态软件的电梯监控系统设计论文戴徐辉

皖西学院

毕业设计论文

课题名称：

基于组态软件的电梯监控系统设计

系别：

机械与电子工程学院

专业：

电气工程及其自动化

班级：

电气1003班

姓名：

戴徐辉

导师：

张磊

2014年4月5日

基于组态软件的电梯监控系统设计

作者

戴徐辉

指导教师

张磊

摘要:

随着我国城市化进程的快速发展，高层建筑在各种大小城市里不断的出现，从而带动了我国电梯行业的快速发展，电梯也就相应的深入到了人们的日常生活中。

作为高层建筑物里主要的必备交通工具——电梯，人们并不满足于仅仅在把人们从楼下送到楼上或从楼上送到楼下，而是对它的各种要求越来越高。

这样从而促进了厂家对高性能的电梯系统的深入研究。

当前，对于电梯控制系统的研究主要集中于两个大方向：

（1）对于电梯监控系统的研究；

（2）对于电梯群控制系统算法的研究。

电梯作为建筑物内的一种主要工具，向人们提供安全、快速的垂直交通运输服务，随着建筑高层化和大型化方向发展，特别年来由于智能大楼的出现，电梯系统变得越来越复杂，对电梯群控系统算法的研究和电梯监控系统的研究是当前电梯控制系统研究的重要内容。

组态软件本身所具有的操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出优点,可以使管理人员不到现场就能直观、清晰、准确地了解系统的运行状态,及时对系统中的故障进行报警,分析判断故障原因,并可通过计算机直接控制系统的运行,提高系统的工作效率和监控力度,保障系统的可靠性。

在本文中，主要讨论了基于组态软件的电梯监控与数据采集系统的设计步骤和相关的内容，实现了对于电梯运行状态的监控和故障报警、记录等方面作用。

论文总体分为三个部分：

（1）介绍电梯远程监控的相关背景、概念以及系统的基本构成；

（2）介绍组态软件的相关信息；（3）利用组态软件实现对电梯监控系统的设计。

关键词：

组态王，电梯控制系统，电梯群监控系统，故障报警，故障记录

ElevatorMonitoringSystemBasedonConfigurationSoftware

Abstract:

withtherapiddevelopmentofourcountrycitychangesacourse,high-risebuildingsinthecityinvarioussizescontinuetoappear,whichledtotherapiddevelopmentofChina'selevatorindustry,theelevatoriscorrespondingtothedailylifeofthepeople.Asthehigh-risebuildingsinthemainessentialtransportationtool--theelevator,peoplearenotsatisfiedwithjustthepeopleupstairsdownstairsfromorfromupstairsdownstairs,butitrequiresmoreandmore.Sosoastopromotethein-depthstudyofmanufacturersofhighperformanceofelevatorsystem.Atpresent,theresearchontheelevatorcontrolsystemaremainlyfocusedontwoaspects:

（1）forthestudyofelevatormonitoringsystem;

（2）forthestudyofelevatorgroupcontrolsystemalgorithm.

Elevatorasatoolinthebuilding,theverticaltransportationservicetoprovidepeoplewithsafe,fast,withtheconstructionofhigh-riseandlarge-scaledirection,especiallyduetotheemergenceofintelligentbuilding,theelevatorsystemisbecomingmoreandmorecomplex,researchonelevatorgroupcontrolsystemalgorithmandelevatormonitoringsystemisanimportantcontentofthecurrentresearchonthecontrolsystemofelevator.Configurationsoftwareitselfhassimpleoperation,goodvisibility,maintainability,highperformance,highreliabilityandotheradvantages,canmakethemanagersnottothescenecanintuitive,clear,accurateunderstandingofthesystemoperationstate,timelyalarmoffaultsinthesystem,analyzeandjudgethefaultreason,anddirectcontrolsystemthroughcomputeroperation,improvetheefficiencyofthesystemandmonitoringefforts,guaranteesystemreliability.

Inthispaper,mainlydiscussedthedesignprocessofconfigurationsoftwareofelevatorsupervisorycontrolanddataacquisitionsystemandtherelatedcontentsbasedon,therunningstatusoftheelevatormonitoringandfaultalarm,recordetc..Thepaperisdividedintothreeparts:

（1）introducethebasicstructureofremoteelevatormonitoringrelatedbackground,conceptandsystem;

（2）therelevantinformationoftheconfigurationsoftware;（3）thedesignandimplementationofelevatormonitoringsystembasedonconfigurationsoftware.

Keywords:

configurationWang,elevatorcontrolsystem,elevatorgroupcontrolsystem,faultalarm,faultrecording

1绪论

1.1课题的研究背景和研究意义

随着计算机信息技术高速的发展，人们在管理建筑设备时，越来越依赖于使用计算机控制系统代替操作人员，并且这些都成为一种非常适应潮流的发展。

智能建筑是计算机技术与建筑技术相搭配的一种产物，这是当今社会和国际化形式的需要。

智能建筑主要包括了楼宇自动化控制、通信自动化、办公自动化等系统。

这里面有大量的电气设备,而这些设备非常多又很分散。

多达上百到上万个；分散在各阶层和各种角落。

如果采用分散管理、就地控制的话，监视和测量的工作难度很难想象。

所以为了合理利用设备，节省人力、财力资源，同时确保设备的安全运行，就出现了更高效的设备管理。

电梯监控具有非常重要的现实意义。

它的存在使服务水平提高了,给乘客的安全以保障,减少了抢修的时间，能够更加合理有效的管理电梯控制系统。

电梯监控提供实时的运行状态监控画面,这方便了设备的维修和故障诊断,从而提高了工作效率和安全性能。

1.2电梯远程监控系统的国内外发展现状

虽然目前国内外尚且没有一个完善、通用的电梯远程监控系统，但是在信息、计算机技术以及监控软件等快速发展的情况下，已经有了很大的进步，下面对电梯的远程监控做相关介绍。

1.2.1电梯远程监控系统的基本组成部分

（1）安全保障体系：

包括了采集到的数据的安全防护措施，各种信息的准确性，在Internet上传输的数据安全性，以及电梯硬件的安全等。

（2）中心控制平台：

包括了信息数据的管理，电梯的远程控制，以及把故障信息传递给维修人员等；

（3）测量传输体系：

包括信息的采集、传输等部分；

（4）信息综合管理平台：

包括对数据进行分析、处理、生成图形报表等；

（5）数据库平台：

包括对文档数据、音频数据、视频数据等进行分类储存；

（6）运行维护平台：

包括对故障的报警、记录、维护等。

1.2.2电梯远程监控系统的国内发展状况

对于一个远程监控系统来说主要包括远程监视和远程控制两个部分，然而国内的电梯监控系统由于种种原因,大多仅定位在远程监视上无法达到控制的作用。

（1）上海三菱电梯的远程监控系统

①通过技术协议引进的日本三菱的远程监视系统

公司于2000年初与日本三菱公司签下了有关于电梯远程监视的协议，引进日本的远程监视系统，在全国范围内设立了三个远程监视中心用于向用户提供电梯的远程监视功能。

但是，这种系统存在着很多不足：

在监视系统中，与监视中心进行数据连接用的是电话线，而每根电话线至多仅仅只能同时监视8台电梯，所以运用的地方只能是酒店、商务大楼、企业办公楼等等电梯比较集中的地方，而且通常无法对公司以外的电梯进行监视。

这也就促使上海三菱公司进行自主研发，为公司的发展奠定了基础。

②上海三菱自主研发的小区电梯监视系统

2000年后上海三菱公司成功的自主研发了HOPE系列的电梯产品，这些电梯由于价格优势能够很好的适用大部分的小区用户，随着小区档次的提高，物主/业主的安全意识不断的增强了，对小区监视方面的要求也日益强烈，而日本引进的远程监视系统无法提供这方面的功能，于是上海三菱电梯有限公司在2002年开发设计了SMOS电梯监视系统用于小区内的电梯监视。

（2）阿尔法电梯远程监测系统

珠海市阿尔法有限研制开发的“阿尔法电梯远程监测系统”是通过专用线路能够对多部电梯进行连续的实时监测的系统。

它能够同时显示楼层、井道的信息、方向、功能输入与输出等等电梯的基本运行情况；而且还可以进行分级监测，自动故障报警；实时地记录每台电梯的运行状态数据；同时实时记录电梯故障发生时间和类型。

1.2.3电梯远程监控系统的国外发展状况

日本三菱电机大楼技术服务公司在上个世纪九十年代初提出了电梯预防保养概念，并且取得了很大的进展，在美国，德国等电梯远程监控系统也发展得比较早。

（1）日本三菱的电梯远程监视系统

上世纪90年代，日本三菱公司开发的电梯远程监视系统，通过5年的努力，在九十年代末将监视电梯台数扩大到10万台，获得了很多信息资料和利润回报，让公司有了长足的发展。

通过租用线路和pstn线的特点。

每台电梯配备通信控制器和远程监控单元，控制器通过租用线路和pstn线与远程控制中心、设备服务终端连接。

远程监控单元具备检测、监控和诊断和控制等功能。

（2）日立电梯远程监控系统

日立公司的电梯监视系统可以全天候24小时不间断的检测电梯的运行状况，并且该系统还可以为每一台电梯建立运行状态的文档，降低了电梯故障的发生率，从而提高了电梯的运行寿命。

一旦电梯发生故障，前置数据采集器能够自动给监控中心发出通知，通过监测装置显示电梯的故障资料并能给当地的维修师傅发出维修指令，确保维修人员在最短的时间内到达现场

1.2.4目前电梯远程监控系统存在的问题

（1）成本高，通用性差。

通常国外的这类电梯成本价格比较昂贵，而且只能监控他们本公司研发的电梯品种，对于国外的电梯监控系统并不能相互监控。

（2）操作比较难。

从国外引进的系统的操作界面大多数是英文，并不是所有人都能熟悉英文，英文的操作界面使得人们操作起来不是很容易。

（3）缺少数据库功能。

数据库的应用的范围已经越来越广泛了，数据库能帮助我们储存信息，提取信息。

能够为以后的工作提供很多的便利。

对于大多电梯远程监控系统都没有能够储存和提取信息的数据库，这样使好多信息资源都浪费了。

（4）需要较高的有线电话网络质量。

在远程电梯监控系统中，有线电话网络是不可缺少的一个重要部分，它的质量好坏直接关系到监控系统的发展好坏。

国内有很多企业在尝试开发具有中国特色的电梯远程监控系统，但这种系统还涉及到计算机技术、网络技术，自动控制等相关的技术，技术复杂难度大。

1.3PLC在电梯控制中的应用以及发展前景

目前，在电梯的控制方式上，主要有继电器控制、PLC控制和微型计算机控制三种。

而PLC实际上是一种专用计算机，它采用巡回扫描的方式分时处理各项任务，而且依靠程序运行，这就保证只有正确的程序才能运行，否则电梯不会工作；又由于PLC中的内部辅助继电器及保持继电器等实际上是PLC系统内存工作单元，因此，它比继电器控制有着明显的优越性，运行寿命更长，工作更加可靠安全，自动化水平更高。

PLC控制是三种控制方式中最具有可靠性、实用性和灵活性的控制方式，它更适合于用在电梯的技术改造和控制系统的更新换代，是电梯控制系统中理想的控制新技术。

随着科技的进步，电梯也更加安全、舒适。

然而，人们的追求并没有就此停止下来，仍在不断地进行研究改进。

绿色是和平，绿色是天然，绿色是和谐。

电梯是载人的机电设备，要实现“绿色”，也就是强调电梯更舒适、更安全地为人类的生产和生活服务，强调电梯与环境的协调与和谐。

目前意义上的“绿色”，一般是强调“天然”的一面，强调与环境的协调与和谐。

电梯属于纯粹的工业产品，其天然性应表现为对环境影响的尽可能小，与环境的协调与平衡，以及电梯本身的人性化。

这也应是绿色电梯的发展方向。

（1）智能化。

我们这罩所说的智能化电梯是传统的人工智能是无法胜任的。

传统的智能控制是一种技术的事先安排，说到底是一种程序控制，是一种周期性的系统自动控制，实际上还算不上智能。

而真正的智能电梯应更具人性化特点，不仅具有传统的人工智能的所有优点，而且还有传统的人工智能无法比拟的东西，具有动念和随机处理各种问题的能力，诸如能根据轿厢内的情况和各层的候梯信息，自动地制定每次最优的运动速度和停车政策；自动选择运动方面；双向语音交流；到达目的层的语音提示等，让乘客有更多的主动性，使大楼交通运输实现真正的人机对话。

智能化要求电梯有自动安全检测功能，让电梯自己能够检测到电梯的故障所在，并及时报警予以排除。

图1-1电梯门的智能控制

（2）安全。

运行安全是电梯的根本和关键。

可以说，电梯的全部其他工作都是以此为中心展开的，使电梯安全运行更有保障。

运行安全不仅要消除电梯启动时较强的电磁辐射，使用安全材料和运行稳定，而且要有一种良好的视觉效果，让每一位乘客在宽敞、明亮轿厢内有安全、舒适的好心情。

（3）与环境的协调和平衡，包括以下几个方面：

①视觉协调。

有人曾经做过环境色彩是否对人有影响的研究。

该研究发展：

视觉不协调的环境色彩对人的情绪、精神影响非常大。

色彩宜人，格调高雅，制作精良的电梯，乘客自然会有一种安全的感觉，有一种视觉上的舒适。

②消除电磁辐射。

如前所述，由于电梯是大楼里频繁起制动的大容量电器是电磁干扰的元凶，所以绿色电梯必须是一个达到自身对大楼电磁干扰最小，而又不被其他电磁干扰影响的建筑机电设备。

这样不仅可以保证乘客的身心健康，而且也可以保证大楼、大厦中的大楼的办公自动化（0A）、楼宇自动化（BA）、通讯自动化（CA）的正常运转。

③舒适感。

通过采用高载频波矢量静音变频器，可降低噪声变换频率及电压。

以CPU控制电压及频率的连续变换方式，按人体生理适应要求，利用计算机优化设计而成的理想运行曲线，实现更稳定、更舒适的运行。

图1-2电梯运行速度曲线

随着时代的发展，对人在与外界隔离封闭的电梯轿厢内，心理上的压抑感和恐惧感也有所考虑。

因此，提倡对电梯进行豪华性装修。

1.4本文的主要工作

本文以电梯群为研究对象,阐述了组态王软件在电梯方面的应用,设计了一个基于组态王的电梯监控系统｡本论文的主要工作如下：

（1）阐述了电梯监控的研究背景和意义，并且介绍了电梯远程监控系统在国内外的发展状况；

（2）介绍了组态王软件的相关概念知识；

（3）在掌握组态王知识的基础上，通过组态王软件设计电梯的虚拟控制显示界面；

（4）实时采集电梯的运行状态参数，如电梯的上下行状态、外呼信号、内选信号等；

（5）根据采集的参数以一定的形式输出，为操作人员提供详实的数据；并在显示界面上实时显示电梯的运行状态和位置。

（6）故障报警功能：

发生故障时，进行故障报警；数据分析功能：

根据采集来的现场数据对PLC发出相应的控制指令，合理控制电梯；故障记录功能：

实时登记电梯中发生的故障，建立故障记录档案，为电梯检修提供帮助。

2北京亚控组态王KingView

2.1组态王及应用

2.1.1组态王概念

组态的意思就是多种工具模块的任意组合，含义是使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，达到使计算机或软件按照预先设置自动执行特定任务，满足使用者要求的目的。

组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。

组态王基于MicrosoftWindowsXP/NT/2000/7操作系统，用户在企业网络的各个层次的所有位置上都可以及时准确地获得系统的实时信息。

使用组态王软件来开发工业监控工程，可以极大地增强用户生产控制能力、提高工厂的生产效率、提高产品的质量、减少成本及原材料的消耗。

它不仅适用于单一设备的生产运营管理和故障诊断，而且对于网络结构分布式大型集中监控管理系统的开发也很方便。

组态王软件结构由工程管理器、工程浏览器及运行系统三部分构成。

（1）工程管理器内嵌画面管理系统，用于新工程的创建和已有工程的管理，对已有工程进行搜索、添加、备份、恢复以及实现数据词典的导入和导出等功能。

（2）工程浏览器是一个工程开发设计工具，用于创建监控画面、监控的设备及相关变量、动画链接、命令语言以及设定运行系统配置等的系统组态工具。

（3）运行系统是工程运行画面，从采集设备中获得通讯数据，并依据工程浏览器的动画设计显示动态画面，实现人与控制设备的相互交互。

建立一个应用工程基本可以分为以下几个步骤：

（1）创建一个目录用来存放与工程相关的文件；

（2）定义硬件设备并添加包括内存变量和I/O变量在内的工程变量；

（3）绘制图形并让它产生想要的动态效果；

（4）编写程序完成比较复杂的上位操作控制；

（5）对运行系统进行配置；

（6）保存工程后运行

这里需要说明，这几个步骤大多情况下是交错进行的，并不是独立的。

在使用组态王画面开发系统编制工程时，我们还要考虑以下几个方面：

用户如何利用抽象的图形画面来完成模拟工业的现场以及相应的工控设备工作；用户如何创建一个能够反映出工控对象各种属性的具体数据库；完成的虚拟画面上的图形如何以动画的形式来模拟出现场设备的运行状态，以及如何让操作者输入控制设备的指令。

组态王保持了其早期版本功能强大、运行稳定且使用方便的特点，并根据国内众多用户的反馈及意见，对一些功能进行了完善和扩充。

组态王提供了丰富的、简捷易用的配置界面，提供了大量的图形元素和图库精灵，同时也为用户创建图库精灵提供了简单易用的接口；该款产品的历史曲线、报表及web发布功能进行了大幅提升与改进，软件的功能性和可用性有了很大的提高。

2.1.2组态王的应用

（1）组态王技术

组态王产品中创造性首次地提出了模型技术等先进理念。

为了使产品更加容易使用、更加文定，组态王公司广泛吸取用户的宝贵意见和建议，使其具有了人性化的操作和管理，其广泛应用于中央控制系统。

（2）组态王的优势

由于它处于世界尖端自动化技术领域，组态王利用当代计算机控制技术和工业网络平台，大大降低了其管理的成本、操作的复杂性以及工作的强度，这能够满足各种用户的需要。

（3）组态王的标准协议

组态王完全支持BACnet协议、Lonworks协议、及标准OPC接口这三个标准协议。

在楼宇自动化产品当中，很多品牌都支持这些协议，这也就避免了通讯联络的一些麻烦。

（4）组态王智能控制系统

组态王智能控制系统可以明确保证系统方案在不同的环境中能够稳定、持久的运行。

多层次特点使得它能够在同一时间为多个用户提供帮助。

该系统可以选择标准的IE浏览器当作客户端，或者选用组态王专有客户端也可以。

2.2工程管理器

在组态王中建立出来的每个组态称为一个工程。

每一个工程在操作系统中是一个包含多个文件的文件夹。

工程的建立需要工程管理器。

工程管理器的使用：

组态王工程管理器是用来建立新工程，对添加到工程管理器的工程做统一的管理。

工程管理器的主要功能包括：

新建、删除工程，对工程进行重命名，搜索组态王工程，修改工程的属性，工程备份、恢复，数据词典的导入导出，切换到组态王开发或运行环境等。

（这里仅对工程管理器进行简单的介绍，其他结构部分在设计中都会有所涉及，这里不做介绍。

）启动后的工程管理窗口如图2-1所示：

图2-1工程管理器

3电梯组态画面设计

现有一四层电梯，采用PLC进行控制，要求实现数据传输和控制信号传递的功能，通过控制器上的I/O点的连接，利用PLC实现与上位机组态王的信号连接，PLC对电梯采集到的控制信号包括：

紧急控制箱的各种信号，外召唤信号登记及消除，内指令信号登记及消除，电梯的平层信号处理，选层定向及反向截梯，内指令外召唤信号的保持，各楼层停车信号，自动开关门等等。

在这里通过组态软件要对电梯的实时运行状况进行监控，首先构造出一个虚拟对象，也就是设计出一个基于组态王的模拟电梯控制系统，然后通过对模拟电梯的控制来模拟真实电梯的运行状况，最后在监控室的配合下达到监控的效果。

电梯PLC的控制系统和其他类型的电梯控制系统一样主要由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成。

图3-1电梯系统结构框图，主要硬件由轿厢、开门机构、曳引机构、控制系统等组成。

图3-1

3.1PLC控制系统的设计

3.1.1PLC选型

根据轿厢楼层位置检测方法，要求可编程控制器必须具有高数计数器。

又因为电梯是双向运行的，所以PLC还需具有可逆计数器。

本设计再考虑到以下几个方面，因此选用西门子PLC来实现四层楼电梯的电气控制：

配置简单、编程方便、系统外观高档，控制灵活，精确度高；故障率极低，节省维护成本。

根据电梯的控制要求，需要22个输入21个输出点，可选用CPU226CN作为主控制器。

它集成24输入/16输出，共40个数字量I/O点；可连接7个扩展模块，最大扩展168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点；具有12K字节程序和8K字节数据存储空间和6个独立的30KHZ高速计数器，两路独立的20KHZ高速脉冲输出，1个RS485通讯/编程口。

是具有较强